SMD LED 19-21 Tiefrot Datenblatt - Abmessungen 2,0x1,25x0,8mm - Spannung 1,7-2,3V - Leistung 60mW - Technisches Dokument auf Deutsch

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer kompakten, oberflächenmontierbaren Tiefrot-LED im 19-21-Gehäuseformat. Für moderne automatisierte Bestückungsprozesse konzipiert, bietet dieses Bauteil erhebliche Vorteile bei der Leiterplattenflächennutzung und Designminiaturisierung. Ihre Hauptanwendung liegt als Anzeige- oder Hintergrundbeleuchtungsquelle in verschiedenen elektronischen Geräten, wobei sie ihre hohe Helligkeit und zuverlässige Leistung bei kleinem Platzbedarf nutzt.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

Die Hauptvorteile dieser LED ergeben sich aus ihrer SMD-Bauweise (Surface Mount Device). Im Vergleich zu herkömmlichen bedrahteten Bauteilen ermöglicht sie:

• Reduzierte Leiterplattengröße & höhere Dichte:Das kleine 19-21-Gehäuse ermöglicht eine engere Bauteilplatzierung, was zu kompakteren Leiterplattendesigns führt.
• Kompatibilität mit Automatisierung:Geliefert auf 8-mm-Tape auf 7-Zoll-Spulen, ist sie voll kompatibel mit Hochgeschwindigkeits-Bestückungsautomaten und optimiert die Fertigung.
• Umweltkonformität:Das Produkt ist bleifrei, entspricht den RoHS- und EU-REACH-Verordnungen und erfüllt halogenfreie Standards (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• Robuste Lötbarkeit:Sie eignet sich sowohl für Infrarot- als auch für Dampfphasen-Reflow-Lötprozesse.

1.2 Zielanwendungen

Diese LED eignet sich für verschiedene Anwendungen, die eine zuverlässige rote Anzeige oder Hintergrundbeleuchtung erfordern, darunter:

• Hintergrundbeleuchtung für Instrumententafeln, Schalter und Symbole.
• Statusanzeigen und Hintergrundbeleuchtung in Telekommunikationsgeräten (z.B. Telefone, Faxgeräte).
• Allgemeine Hintergrundbeleuchtung für LCD-Panels.
• Allgemeine Anzeigezwecke in Konsum- und Industrie-Elektronik.

2. Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der wichtigsten elektrischen, optischen und thermischen Parameter, die den Leistungsbereich der LED definieren.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann einen sofortigen Sperrschichtdurchbruch verursachen.
• Dauer-Strom (I_F):25mA. Der maximale Gleichstrom für einen zuverlässigen Dauerbetrieb.
• Spitzenstrom (I_FP):60mA (bei 1/10 Tastverhältnis, 1kHz). Geeignet für gepulsten Betrieb, nicht für Gleichstrom.
• Verlustleistung (P_d):60mW. Die maximale Leistung, die das Gehäuse bei Ta=25°C abführen kann, begrenzt die Kombination aus Flussspannung und Strom.
• ESD-Empfindlichkeit (HBM):2000V. Klassifiziert das Bauteil als mäßig robust gegenüber elektrostatischer Entladung, dennoch sind Standard-ESD-Handhabungsvorkehrungen erforderlich.
• Temperaturbereich:Betrieb von -40°C bis +85°C; Lagerung von -40°C bis +90°C.
• Löttemperatur:Hält Reflow-Profile mit einem Maximum von 260°C für 10 Sekunden oder Handlöten bei 350°C für 3 Sekunden pro Anschluss stand.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Gemessen bei Ta=25°C und I_F=20mA. Dies sind die typischen Leistungsparameter.

• Lichtstärke (I_v):Bereich von 36,0 mcd (min) bis 90,0 mcd (max), mit einer typischen Toleranz von ±11%. Dies definiert die wahrgenommene Helligkeit.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Etwa 100 Grad (typisch). Dieser weite Winkel bietet gute Sichtbarkeit außerhalb der Achse.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):650 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Ausgangsleistung am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Zwischen 636,0 nm und 646,0 nm. Dies definiert die wahrgenommene Farbe (tiefrot).
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Etwa 20 nm (typisch). Zeigt die spektrale Reinheit des emittierten Lichts an.
• Flussspannung (V_F):Zwischen 1,70 V und 2,30 V bei 20mA, mit einer typischen Toleranz von ±0,05V. Dies ist entscheidend für die Berechnung des strombegrenzenden Widerstands.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei V_R=5V. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung vorgesehen.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Produkt wird in Leistungsklassen sortiert, um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Die Artikelnummer 19-21/R8C-FN2Q1/3T enthält diese Binning-Codes.

3.1 Binning der Lichtstärke

Sortiert bei I_F=20mA. Der Code "Q1" in der Artikelnummer entspricht der höchsten Helligkeitsstufe.

• N2:36,0 – 45,0 mcd
• P1:45,0 – 57,0 mcd
• P2:57,0 – 72,0 mcd
• Q1:72,0 – 90,0 mcd

3.2 Binning der dominierenden Wellenlänge

Sortiert bei I_F=20mA. Der Code "FN2" bezieht sich wahrscheinlich auf diese Farbortsortierung.

• FF4:636,0 – 641,0 nm
• FF5:641,0 – 646,0 nm

3.3 Binning der Flussspannung

Sortiert bei I_F=20mA. Der Code "19-21" in der Artikelnummer zeigt den Spannungs-Binning-Bereich an.

• 19:1,70 – 1,80 V
• 20:1,80 – 1,90 V
• 21:1,90 – 2,00 V
• 22:2,00 – 2,10 V
• 23:2,10 – 2,20 V
• 24:2,20 – 2,30 V

4. Analyse der Leistungskurven

Obwohl spezifische Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, würden typische Kurven für ein solches Bauteil umfassen:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt, wie die Helligkeit mit dem Strom zunimmt, typischerweise bei höheren Strömen aufgrund von Erwärmung sublinear.
• Flussspannung vs. Durchlassstrom:Zeigt die exponentielle I-V-Kennlinie der Diode.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Abnahme der Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur, eine wichtige Überlegung für das Wärmemanagement.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, zentriert um 650nm mit einer Bandbreite von ~20nm.

Entwickler sollten diese Kurven konsultieren, um die Leistung unter nicht standardmäßigen Bedingungen (unterschiedliche Ströme, Temperaturen) zu verstehen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das 19-21 SMD-Gehäuse hat die Nennabmessungen 2,0mm (Länge) x 1,25mm (Breite) x 0,8mm (Höhe). Eine Kathodenmarkierung ist auf dem Gehäuse zur korrekten Ausrichtung deutlich angegeben. Alle nicht spezifizierten Toleranzen betragen ±0,1mm. Die genaue Maßzeichnung ist für das Design der Leiterplatten-Pads essentiell.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die korrekte Polarität ist entscheidend. Das Gehäuse weist eine deutliche Kathodenmarkierung auf. Falsches Einsetzen verhindert das Leuchten der LED, da sie in Sperrrichtung betrieben wird.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Die LED ist für bleifreies Reflow-Löten ausgelegt. Das empfohlene Profil umfasst:

• Vorwärmen:150–200°C für 60–120 Sekunden.
• Zeit oberhalb Liquidus (217°C):60–150 Sekunden.
• Spitzentemperatur:260°C maximal, nicht länger als 10 Sekunden gehalten.
• Aufheiz-/Abkühlraten:Maximal 6°C/Sek. Aufheizen und 3°C/Sek. Abkühlen oberhalb 255°C.

Kritisch:Reflow sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden, um thermische Spannungsschäden zu vermeiden.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist:

• Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur <350°C.
• Begrenzen Sie die Kontaktzeit auf 3 Sekunden pro Anschluss.Verwenden Sie einen Kolben mit einer Leistung ≤25W.
• Halten Sie einen Mindestabstand von 2 Sekunden zwischen dem Löten jedes Anschlusses ein.
• Vermeiden Sie mechanische Belastung des Bauteils während des Lötens.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die Bauteile sind in feuchtigkeitsbeständigen Barrieretüten mit Trockenmittel verpackt.

• Vor der Verwendung:Öffnen Sie die Tüte erst, wenn Sie bereit für die Montage sind.
• Nach dem Öffnen:Verwenden Sie die Bauteile innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen), wenn sie bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden.
• Expositionsgrenze:Wird die Expositionszeit überschritten oder zeigt das Trockenmittel Sättigung an, ist vor dem Reflow ein Ausheizen bei 60±5°C für 24 Stunden erforderlich.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Die LEDs werden im Tape-and-Reel-Format geliefert, das für die automatisierte Montage geeignet ist.

• Trägerbandbreite: 8mm.
• Spulendurchmesser:7 Zoll.
• Menge pro Spule:3000 Stück.
• Feuchtigkeitsschutzbeutel:Enthält Trockenmittel und Feuchtigkeitsindikator-Etikett.

7.2 Etikettenerklärung

Das Spulenetikett enthält wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und Verifizierung:

• Kunden-Artikelnummer (CPN)
• Produktnummer (P/N)
• Packmenge (QTY)
• Lichtstärke-Klasse (CAT)
• Farbort/Dominante Wellenlänge-Klasse (HUE)
• Flussspannung-Klasse (REF)
• Losnummer (LOT No.)

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Strombegrenzung ist zwingend erforderlich

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile.Ein externer strombegrenzender Widerstand muss immer in Reihe geschaltet werden.Die Flussspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten; eine leichte Spannungserhöhung kann einen großen, möglicherweise zerstörerischen Stromanstieg verursachen, wenn er nicht ordnungsgemäß begrenzt wird. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_versorgung- V_F) / I_F.

8.2 Wärmemanagement

Obwohl das Gehäuse klein ist, erzeugt die Verlustleistung (bis zu 60mW) Wärme. Für Dauerbetrieb bei hohen Strömen oder in erhöhter Umgebungstemperatur ist sicherzustellen, dass ausreichend Leiterplatten-Kupferfläche oder Wärmeleitungen verwendet werden, um Wärme von den Lötpads der LED abzuführen und so eine niedrigere Sperrschichttemperatur für optimale Lebensdauer und Lichtleistungsstabilität zu gewährleisten.

8.3 Anwendungseinschränkungen

Dieses Produkt ist für allgemeine kommerzielle und industrielle Anwendungen konzipiert. Es ist möglicherweise ohne vorherige Qualifikation nicht für Hochzuverlässigkeitsanwendungen geeignet. Solche Anwendungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: Automobil-Sicherheitssysteme, Militär/Luft- und Raumfahrt und lebenskritische medizinische Geräte. Das Bauteil darf nicht außerhalb der in diesem Datenblatt beschriebenen Spezifikationen betrieben werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primäre Unterscheidung dieser 19-21 Tiefrot-LED liegt in ihrer spezifischen Kombination von Attributen:

• Verglichen mit größeren SMD-LEDs (z.B. 3528):Bietet einen deutlich kleineren Platzbedarf für platzbeschränkte Designs, wenn auch oft bei einer geringeren Gesamtlichtleistung.
• Verglichen mit Standard-Rot-LEDs (z.B. 630nm):Die 650nm tiefrote Emission bietet einen bestimmten Farbpunkt, der aus spezifischen ästhetischen oder funktionalen Gründen erforderlich sein kann (z.B. bestimmte Sensoranwendungen, spezifische Hintergrundbeleuchtungsfarbanforderungen).
• Verglichen mit nicht sortierten LEDs:Das umfassende Binning-System (Intensität, Wellenlänge, Spannung) gewährleistet eine viel engere Farb- und Helligkeitskonsistenz innerhalb einer Produktionscharge, was für Anwendungen mit mehreren LEDs, bei denen Gleichmäßigkeit wichtig ist, entscheidend ist.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Warum benötigt meine LED einen Vorwiderstand?

Die I-V-Kennlinie einer LED ist sehr steil. Ohne einen Widerstand zur Strombegrenzung verursacht jede kleine Variation der Versorgungsspannung oder Flussspannung (die sich mit der Temperatur ändert) eine große Stromänderung, die wahrscheinlich den absoluten Maximalwert überschreitet und die LED zerstört. Der Widerstand sorgt für einen stabilen, vorhersehbaren Strom.

10.2 Kann ich diese LED mit einer Spannung höher als ihre V_F?

Ja, abernur, wenn Sie einen Vorwiderstand(oder eine Konstantstromquelle) verwenden, um die überschüssige Spannung abzufallen und den korrekten Strom einzustellen. Das direkte Anlegen einer Spannungsquelle, die genau V_Fentspricht, ist aufgrund von Bauteiltoleranzen und Temperaturschwankungen unpraktisch.

10.3 Was passiert, wenn ich sie verkehrt herum einlöte?

Die LED leuchtet nicht, da sie in Sperrrichtung betrieben wird. Solange die Sperrspannung den maximalen Nennwert von 5V nicht überschreitet, sollte bei kurzer falscher Einfügung kein sofortiger Schaden auftreten. Sie funktioniert jedoch nicht.

10.4 Warum gibt es eine 7-Tage-Frist nach dem Öffnen der feuchtigkeitsgeschützten Verpackung?

Die Kunststoffverpackung von SMD-Bauteilen kann Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit sich schnell ausdehnen und innere Delamination oder "Popcorning" verursachen, was den LED-Chip oder das Gehäuse beschädigt. Die 7-tägige Bodenlebensdauer setzt ordnungsgemäße Lagerbedingungen voraus; eine Überschreitung erfordert ein Ausheizen, um Feuchtigkeit zu entfernen.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario:Entwurf einer Statusanzeigetafel mit 10 einheitlichen tiefroten LEDs, die von einer 5V-Digitallogikschiene versorgt werden.

1. Stromauswahl:Wählen Sie einen Betriebsstrom. Für gute Helligkeit und Langlebigkeit sind 20mA spezifiziert. Die Verwendung von 15mA würde die Lebensdauer erhöhen und die Wärmeentwicklung reduzieren.
2. Widerstandsberechnung:Annahme des ungünstigsten Falls V_F= 2,3V (Max. aus Datenblatt). Für I_F=20mA bei 5V: R = (5V - 2,3V) / 0,02A = 135 Ω. Der nächstgelegene Normwert ist 130 Ω oder 150 Ω. Die Verwendung von 150 Ω ergibt I_F≈ (5-2,3)/150 = 18mA, was sicher und innerhalb der Spezifikation ist.
3. Leistung im Widerstand:P = I²R = (0,018)²* 150 = 0,0486W. Ein Standard-1/8W (0,125W) Widerstand ist ausreichend.
4. Leiterplatten-Layout:Platzieren Sie den 150Ω-Widerstand in Reihe mit der Anode jeder LED. Halten Sie sich für das Pad-Layout an die Gehäuseabmessungen. Stellen Sie sicher, dass die Kathodenmarkierung auf der Leiterplatten-Lackierung mit der Markierung der LED übereinstimmt. Für die thermische Leistung verbinden Sie die LED-Pads mit einer kleinen Kupferfläche.
5. Montage:Bewahren Sie die Spulen versiegelt auf, bis die Produktionslinie bereit ist. Befolgen Sie das Reflow-Profil genau. Vermeiden Sie nach der Montage das Biegen der Leiterplatte in der Nähe der LEDs.

12. Funktionsprinzip

Diese LED basiert auf einem AlGaInP-Halbleiterchip (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid). Wenn eine Flussspannung angelegt wird, die das Dioden-Sperrschichtpotential (V_F) überschreitet, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. In diesem spezifischen Materialsystem entspricht die bei der Rekombination freigesetzte Energie einem Photon im tiefroten Bereich des sichtbaren Spektrums (ca. 650nm). Das Epoxidharzgehäuse ist wasserklar, um die Lichtauskopplung zu maximieren und dient auch zum Schutz des Halbleiterchips vor der Umgebung.

13. Technologietrends

Das 19-21-Gehäuse repräsentiert einen anhaltenden Trend in der Optoelektronik hin zu Miniaturisierung und Integration. Obwohl es nicht das kleinste heute verfügbare Gehäuse ist, bietet es einen Kompromiss zwischen Größe, Fertigbarkeit und Leistung. Branchentrends für Anzeige-LEDs konzentrieren sich weiterhin auf:

• Erhöhte Effizienz:Erzielung höherer Lichtstärke (mcd) bei niedrigeren Betriebsströmen, um den Systemstromverbrauch zu reduzieren.
• Verbesserte Zuverlässigkeit:Verbesserung von Materialien und Gehäusen, um höheren Reflow-Temperaturen und härteren Umgebungsbedingungen standzuhalten.
• Engeres Binning:Bereitstellung präziserer Sortierung nach Farbe und Intensität, um den Anforderungen von Anwendungen mit hoher Gleichmäßigkeit, wie Vollfarbdisplays oder Hintergrundbeleuchtungsarrays, gerecht zu werden.
• Erweiterte Konformität:Die Einhaltung sich entwickelnder globaler Umwelt- und Sicherheitsvorschriften (RoHS, REACH, halogenfrei) ist heute eine Standardanforderung.